MPC方法
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-08-26
MPC方法的視頻教程
基于abaqus的樁基礎(chǔ)-土體-上部結(jié)構(gòu)時(shí)程分析以及鋼筋混凝土框架時(shí)程分析
通過這個(gè)視頻，您可以學(xué)到復(fù)雜結(jié)構(gòu)的建模方法；MPC如何設(shè)置；后處理中如何查看層間位移角基底剪力等等；如何施加地震波以及如何對(duì)加速度峰值進(jìn)行調(diào)整；質(zhì)量源的施加；本構(gòu)的設(shè)置；阻尼的設(shè)置以及鋼筋的設(shè)置 （1）樁基礎(chǔ)-土體-上部結(jié)構(gòu)模型中上部結(jié)構(gòu)采用梁殼單元模擬，采用*rebar關(guān)鍵字以及abaqus分層殼對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行配筋。土體和樁基礎(chǔ)采用實(shí)體單元模擬。同時(shí)在模型中施加MPC約束和質(zhì)量源。
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MPC方法的實(shí)例教程
如圖網(wǎng)格疏密的劃分，注意MPC裝配邊界重合但不共線，在邊界處采用綁定的MPC約束。筆者將采用MPC方法的模型和僅用PLANE82單元?jiǎng)澐值慕Y(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，MPC方法的應(yīng)力云圖在裝配邊界上稍微不連續(xù)，但最大應(yīng)力幾乎無差別。
案例二：網(wǎng)格疏密不同的變截面的懸臂梁，單元類型和網(wǎng)格疏密不同，計(jì)算結(jié)果與采用一種單元的結(jié)果幾乎無差別。
案例三：在曲殼上焊接平板，曲殼上下邊固定，平板上施加均布載荷，平板處和曲殼處采用MPC連接。與全部采用SHELL181單元常規(guī)結(jié)果分析，位移結(jié)果誤差很小，應(yīng)力結(jié)果相差較大，但基本在5%內(nèi)，這一是由于MPC方法在裝配線處的應(yīng)力結(jié)果誤差本身較大，二是因?yàn)檫@種復(fù)雜曲殼結(jié)果本身就不能準(zhǔn)確計(jì)算處應(yīng)力值。
案例四：懸臂圓柱體的遠(yuǎn)距離加載，所謂的遠(yuǎn)距離加載，就是不在有限元模型上直接加載，而是通過與有限元模型很遠(yuǎn)的導(dǎo)向節(jié)點(diǎn)施加荷載，如下圖示。
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ANSYS經(jīng)典實(shí)例匯集.pdf
【20例ANSYS經(jīng)典實(shí)例】.pdf
MPC方法連接shell單元和beam單元.pdf
對(duì)于三種模擬方法中的每一種，對(duì)螺紋區(qū)域中的接觸進(jìn)行了不同的建模。
真實(shí)螺紋模擬方法的螺紋區(qū)域接觸
在螺栓螺紋表面（接觸表面）和基板螺紋表面（目標(biāo)表面）之間定義摩擦接觸對(duì)。使用表面投影接觸檢測(cè)方法（KEYOPT（4）=3）是因?yàn)榕c其他接觸檢測(cè)方法相比，它為底層單元提供了更精確的接觸力和應(yīng)力。
螺栓截面模擬方法中螺紋區(qū)域的接觸
在光滑的圓柱形螺栓表面上生成接觸單元（CONTA174用于3-D情況， CONTA172用于2-D情況）。將螺栓截面指定給接觸元件以模擬螺紋。根據(jù)用戶指定的螺紋幾何數(shù)據(jù)和螺栓軸的兩個(gè)端點(diǎn)在內(nèi)部計(jì)算接觸區(qū)域。目標(biāo)單元（TARGE170用于3-D情況，TARGE169用于2-D情況）覆蓋在基板的光滑圓柱孔上。
SECTYPE和SECDATA部分命令用于定義接觸單元的螺栓部分。這些命令的格式如下所示：
其中
Dm=平均中徑，Dm
P=節(jié)距，P
ALPHA=半螺紋角度，α
N=啟動(dòng)次數(shù)（默認(rèn)為1）
X1、Y1、Z1、X2、Y2、Z2=螺栓軸在全局笛卡爾坐標(biāo)中的兩個(gè)端點(diǎn)
以下命令說明了使用螺栓截面命令進(jìn)行螺栓螺紋建模的步驟：
MPC仿真方法中螺紋區(qū)域的接觸
在該方法中，MPC粘結(jié)接觸行為定義在光滑圓柱形螺栓表面和光滑底板之間。沒有定義螺紋行為。要定義MPC接觸，請(qǐng)使用以下接觸單元KEYOPT設(shè)置：
KEYOPT（2）=2-MPC算法
KEYOPT（4）=2-節(jié)點(diǎn)接觸檢測(cè)
KEYOPT（12）=5-始終粘結(jié)行為
螺栓頭和蓋板之間的接觸
在螺栓頭（接觸表面）和蓋板（目標(biāo)表面）之間限定摩擦接觸對(duì)。表面投影接觸檢測(cè)方法（KEYOPT（4）=3）用于該接觸對(duì)。
展開 MPC方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：
? 約束方程消除了接觸面和目標(biāo)面上節(jié)點(diǎn)處的自由度。這減小了問題的規(guī)模，不過你可能需要密切關(guān)注所使用的求解器方法。在使用約束方程時(shí)，某些求解器的表現(xiàn)優(yōu)于其他求解器。
? 由于約束方程定義了剛性連接，因此不需要進(jìn)行接觸剛度計(jì)算。
? 同時(shí)考慮了平動(dòng)自由度和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
? 由于約束方程基于MPC，因此在大變形分析中它們將被更新。
? MPC 選項(xiàng)也適用于不分離線性接觸。因此，如果你需要一個(gè)真正的粘結(jié)或不分離連接，同時(shí)減少自由度數(shù)量并在大變形中更新，不妨試試MPC粘結(jié)和MPC不分離公式。
展開 該案例通過三種方法進(jìn)行了模擬并進(jìn)行了對(duì)比：
1、方法一：詳細(xì)螺紋建模
該方法是目前最準(zhǔn)確的螺栓模擬方法。螺紋的詳細(xì)建模提供了模型中準(zhǔn)確的螺紋咬合行為。在螺紋區(qū)域需要非常精細(xì)的網(wǎng)格離散，這使得該方法的計(jì)算成本很高。
2、方法二：螺紋截面法（簡(jiǎn)化螺栓螺紋建模技術(shù)）
在該方法中，通過分配螺紋截面給覆蓋在光滑圓柱螺栓表面的接觸單元來模擬螺栓螺紋。（不需要詳細(xì)的螺紋 幾何建模。）根據(jù)SECDATA命令給出的螺紋基本參數(shù)后在內(nèi)部執(zhí)行計(jì)算，以近似螺栓螺紋的行為。這種方法計(jì)算成本低。
3、方法三：MPC方法（螺紋區(qū)域的綁定行為）
在該方法中，對(duì)螺紋區(qū)域定義MPC結(jié)合行為。這個(gè)方法的計(jì)算速度非常快，但是螺紋的詳細(xì)行為可能會(huì)丟失。
【命令流簡(jiǎn)析】
本案例重點(diǎn)命令流為螺紋截面的定義與施加：
螺紋截面的定義規(guī)則如下：
Sectype, Secid, Contact, Bolt
Secdata, Dm , P, ALPHA, N, X1, Y1, Z1, X2, Y2, Z2
Dm= 平均螺紋直徑
P = 螺距
ALPHA = 半螺紋角
N = 螺紋扣數(shù)
X1, Y1, Z1, X2, Y2, Z2 = 螺栓軸在整體笛卡爾坐標(biāo)中的兩個(gè)端點(diǎn)坐標(biāo)
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
keyopt,100,4,3 !定義基于表面投影的接觸檢測(cè)方法
keyopt,100,10,2 !每次迭代更新剛度
mp,mu,100,0.15 !
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MPC方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：
? 約束方程消除了接觸面和目標(biāo)面上節(jié)點(diǎn)處的自由度。這減小了問題的規(guī)模，不過你可能需要密切關(guān)注所使用的求解器方法。在使用約束方程時(shí)，某些求解器的表現(xiàn)優(yōu)于其他求解器。
? 由于約束方程定義了剛性連接，因此不需要進(jìn)行接觸剛度計(jì)算。
? 同時(shí)考慮了平動(dòng)自由度和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
? 由于約束方程基于MPC，因此在大變形分析中它們將被更新。
最近，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始評(píng)估模型預(yù)測(cè)控制(MPC) 方法，包括線性、線性時(shí)變和非線性 MPC 方法，以及線性二次調(diào)節(jié)器(LQR) 設(shè)計(jì)。
通過將控制器模型與被控對(duì)象模型連接起來，針對(duì)特定的水下機(jī)動(dòng)航行運(yùn)行了閉環(huán)仿真。這些航行活動(dòng)的復(fù)雜程度各異，簡(jiǎn)單到保持特定位置，復(fù)雜到沿水平面和垂直面執(zhí)行緊湊的循環(huán)操縱（圖3）。
MPC方法（螺紋區(qū)域的粘結(jié)行為）
在該方法中，MPC結(jié)合行為在螺紋區(qū)域中定義。（不需要詳細(xì)的螺紋幾何結(jié)構(gòu)。）此方法計(jì)算速度非常快，但螺紋行為可能會(huì)丟失。
二維軸對(duì)稱和三維模型都用于比較這三種方法。所有三種方法的二維模型設(shè)置如下圖所示：
建模
具有標(biāo)準(zhǔn)螺紋尺寸的M120結(jié)構(gòu)鋼螺栓采用合理尺寸的蓋板和底板建模。進(jìn)行二維和三維螺栓螺紋建模。
Yakub及其同事[16,17]研究了帶有前饋控制器的MPC方法實(shí)現(xiàn)4WS的AGV的路徑跟蹤控制，并證明MPC能夠保持車輛穩(wěn)定性，并具有消除側(cè)風(fēng)效應(yīng)的能力。文獻(xiàn)[18]設(shè)計(jì)了一種用于AGV的集成4WS魯棒控制器，在存在參數(shù)不確定性的情況下，能夠使車輛跟蹤所需的路徑。
MPC方法是指利用接觸單元和技術(shù)，由ANSYS根據(jù)接觸運(yùn)動(dòng)自動(dòng)建立約束方程。
采用MPC方法可以定義各種裝配接觸和運(yùn)動(dòng)約束。
采用MPC方法可以實(shí)現(xiàn)不連續(xù)且自由度不協(xié)調(diào)的網(wǎng)格之間的連接、不同單元類型之間的連接等目的。
3、方法三：MPC方法（螺紋區(qū)域的綁定行為）
在該方法中，對(duì)螺紋區(qū)域定義MPC結(jié)合行為。這個(gè)方法的計(jì)算速度非常快，但是螺紋的詳細(xì)行為可能會(huì)丟失。
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在ANSYS中施加扭矩通常有cerig,rbe3,mpc184三種方法。還有把力矩等效為節(jié)點(diǎn)力的辦法，這個(gè)辦法毛病很多，不在討論之列。 cerig是在實(shí)際受載荷區(qū)域建立一個(gè)所謂"剛性區(qū)域"，然后把載荷施加在跟這個(gè)剛性區(qū)域相連的“master node”上。 rbe3和cerig是類似的。
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上面所述的不同單元之間的接連方法主要是用耦合自由度和約束方程來實(shí)現(xiàn)的，有一定的局限性，只適用
于小位移，下面介紹一種支持大位移算法的方法，MPC法。
